(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、
（Ｂ）画像表示装置、
（Ｃ）フレームに取り付けられた撮像装置、及び、
（Ｄ）補正手段、
を備えており、
画像表示装置は、
（Ｂ−１）画像生成装置、及び、
（Ｂ−２）画像生成装置に取り付けられており、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される、シースルー型の導光手段、
から構成されており、
補正手段は、導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正し、
補正手段は、導光手段を通して観察された基準対象物の像と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像とが重なるように、該基準撮像データを補正する校正処理にて得られた補正データを記憶しており、
補正手段は、導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正データに基づき補正する頭部装着型ディスプレイ。
【請求項２】
校正処理時、導光手段を通して観察された基準対象物の像と基準画像とが重なっているか否かを観察者が判断するために、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像の少なくとも一部の輪郭を、補正手段は強調する請求項１に記載の頭部装着型ディスプレイ。
【請求項３】
校正処理時、導光手段を通して観察された基準対象物の像と基準画像とが重なっているか否かを観察者が判断するために、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像の色を、補正手段は、基準対象物の色と異ならせる請求項１に記載の頭部装着型ディスプレイ。
【請求項４】
校正処理においては、補正手段は、基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行うことで、導光手段を通して観察された基準対象物の像と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像とを重ならせる請求項２又は請求項３に記載の頭部装着型ディスプレイ。
【請求項５】
補正手段は、前記撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行う請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の頭部装着型ディスプレイ。
【請求項６】
（Ａ）観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、
（Ｂ）画像表示装置、
（Ｃ）フレームに取り付けられた撮像装置、及び、
（Ｄ）補正手段、
を備えており、
画像表示装置は、
（Ｂ−１）画像生成装置、及び、
（Ｂ−２）画像生成装置に取り付けられており、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される、シースルー型の導光手段、
から構成されており、
導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、補正手段によって該撮像データを補正し、
導光手段を通して観察された基準対象物の像と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像とが重なるように、該基準撮像データを補正する校正処理にて得られた補正データを補正手段には記憶しておき、
導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正データに基づき補正する頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
【請求項７】
校正処理時、導光手段を通して観察された基準対象物の像と基準画像とが重なっているか否かを観察者が判断するために、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像の少なくとも一部の輪郭を、補正手段によって強調する請求項６に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
【請求項８】
校正処理時、導光手段を通して観察された基準対象物の像と基準画像とが重なっているか否かを観察者が判断するために、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像の色を、補正手段によって基準対象物の色と異ならせる請求項６に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
【請求項９】
校正処理においては、補正手段によって基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行うことで、導光手段を通して観察された基準対象物の像と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像とを重ならせる請求項６に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
【請求項１０】
校正処理においては、撮像装置を経由した観察者の指示に基づき、補正手段によって基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行う請求項９に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
【請求項１１】
補正手段によって、前記撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行う請求項６に記載の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頭部装着型ディスプレイ、及び、頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外界に位置する対象物（例えば、現実世界における人物や物体、物品、景色等）の観察者による視認を可能とし、対象物の像（現実の像）に仮想の画像を重ね合わせるシースルー型の頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ，Head Mounted Display）が、例えば特開平１１−１４２７８４号公報から周知である。このようなシースルー型の頭部装着型ディスプレイ（以下、単に、『頭部装着型ディスプレイ』と呼ぶ）を用いることで、対象物の像に対して対象物に関する各種のデータを重ねて表示する Augmented Reality （ＡＲ，『強調現実感』あるいは『拡張現実』とも呼ばれる）技術を実現することができる。即ち、例えば、頭部装着型ディスプレイ越しに見た人物を、同時に、頭部装着型ディスプレイに備えられた撮像装置で撮像し、頭部装着型ディスプレイに備えられた画像表示装置にこの人物の名前や職業を表示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１４２７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなＡＲ技術を実現するとき、撮像装置によって対象物を撮像して得られた撮像データの処理が重要である。頭部装着型ディスプレイを観察者の頭部に装着したとき、観察者に依存して、撮像装置の光軸や、観察者の視線と画像表示装置との空間的位置関係に変化が生じることは避けられない。ところが、これらの変化が生じると、予め取得され、頭部装着型ディスプレイに記憶されている対象物の情報（例えば、対象物を特定するためのデータ）と、撮像装置から得られた対象物の情報（撮像データ）との間に不一致や不整合が生じる。その結果、ＡＲ技術の実現が困難となってしまう。
【０００５】
従って、本発明の目的は、ＡＲ技術をより容易、且つ、確実に実現し得る頭部装着型ディスプレイ、及び、頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の頭部装着型ディスプレイ、あるいは、本発明の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法において使用される頭部装着型ディスプレイは、
（Ａ）観察者の頭部に装着される眼鏡型のフレーム、
（Ｂ）画像表示装置、
（Ｃ）フレームに取り付けられた撮像装置、及び、
（Ｄ）補正手段、
を備えており、
画像表示装置は、
（Ｂ−１）画像生成装置、及び、
（Ｂ−２）画像生成装置に取り付けられており、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される、シースルー型（半透過型）の導光手段、
から構成されている。
【０００７】
そして、本発明の頭部装着型ディスプレイにあっては、補正手段は、導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、該撮像データを補正する。
【０００８】
また、本発明の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示方法（以下、単に『本発明の画像表示方法』と呼ぶ場合がある）にあっては、導光手段を通して観察された対象物の像と、該対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像とが重なるように、補正手段によって該撮像データを補正する。
【０００９】
尚、以下の説明において、「導光手段を通して観察された対象物の像」を『対象物の現実像』と呼び、「対象物を撮像装置によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成された画像」を、『生成画像』と呼ぶ場合がある。また、外界に位置する対象物の導光手段上における像と、導光手段上における生成画像とが重なるように、補正手段によって撮像データを補正するが、画像表示装置において撮像データを画像として表示するか否かは、頭部装着型ディスプレイの使用形態に依存する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の頭部装着型ディスプレイあるいは本発明の画像表示方法にあっては、対象物の現実像と生成画像とが重なるように補正手段によって撮像データを補正する。それ故、頭部装着型ディスプレイを観察者の頭部に装着したとき、撮像装置の光軸や、観察者の視線と画像表示装置（より具体的には、導光手段）との空間的位置関係に変化が生じたとしても、撮像データに対する補正処理が施されるので、予め取得され、頭部装着型ディスプレイに記憶されている対象物の情報と撮像装置から得られた対象物の情報との間に不一致や不整合が生じることがなく、現実の環境から知覚に与えられる情報に、コンピュータが作り出した情報を重ね合わせ、補足的な情報を与える技術であるＡＲ技術を、確実に、且つ、容易に実現することができる。即ち、現実世界の像の上に付加情報を高い位置精度で配置することが可能となる。しかも、高い位置精度での配置のための画像補正処理の簡略化を図ることができる。更には、観察者（利用者）に応じた画像補正の度合いを簡便に設定することができるし、１つの頭部装着型ディスプレイを複数の利用者が簡便、且つ、快適に利用、共用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例１の頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図である。
【図２】図２は、実施例１の頭部装着型ディスプレイ（但し、フレームを除去したと想定したときの状態）を正面から眺めた模式図である。
【図３】図３は、実施例１の頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図である。
【図４】図４は、実施例１の頭部装着型ディスプレイを観察者の頭部に装着した状態を上方から眺めた図（但し、画像表示装置のみを示し、フレームの図示は省略）である。
【図５】図５は、実施例１の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示装置の概念図である。
【図６】図６は、実施例１の頭部装着型ディスプレイを構成する補正手段の概念図である。
【図７】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の頭部装着型ディスプレイを頭部に装着したときに見える画像を示す図である。
【図８】図８は、実施例１の頭部装着型ディスプレイにおける補正処理の概念を説明するための図である。
【図９】図９は、実施例１での校正処理において、画像生成装置を介して導光板に提示される文字列の例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施例１での校正処理における操作の流れ図である。
【図１１】図１１は、実施例２の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示装置の概念図である。
【図１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例３の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示装置の概念図、及び、反射型体積ホログラム回折格子の一部を拡大して示す模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、実施例４の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示装置の概念図である。
【図１４】図１４は、実施例５の頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図である。
【図１５】図１５は、実施例５の頭部装着型ディスプレイ（但し、フレームを除去したと想定したときの状態）を正面から眺めた模式図である。
【図１６】図１６は、実施例５の頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図である。
【図１７】図１７は、実施例６の頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図である。
【図１８】図１８は、実施例６の頭部装着型ディスプレイ（但し、フレームを除去したと想定したときの状態）を正面から眺めた模式図である。
【図１９】図１９は、実施例６の頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図である。
【図２０】図２０は、実施例１、実施例３、実施例５あるいは実施例６での使用に適した画像形成装置の変形例の概念図である。
【図２１】図２１は、実施例１、実施例３、実施例５あるいは実施例６での使用に適した画像形成装置の別の変形例を示す概念図である。
【図２２】図２２は、実施例１、実施例３、実施例５あるいは実施例６での使用に適した画像形成装置の更に別の変形例を示す概念図である。
【図２３】図２３は、実施例１、実施例３、実施例５あるいは実施例６での使用に適した画像形成装置の更に別の変形例を示す概念図である。
【図２４】図２４は、実施例１、実施例３、実施例５あるいは実施例６での使用に適した画像形成装置の更に別の変形例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の頭部装着型ディスプレイ及び本発明の画像表示方法、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の頭部装着型ディスプレイ及び本発明の画像表示方法）
３．実施例２（実施例１の頭部装着型ディスプレイの変形例）
４．実施例３（実施例１の頭部装着型ディスプレイの別の変形例）
５．実施例４（実施例１の頭部装着型ディスプレイの別の変形例）
６．実施例５（実施例１の頭部装着型ディスプレイの別の変形例）
７．実施例６（実施例１の頭部装着型ディスプレイの別の変形例、及び、その他）
【００１３】
［本発明の頭部装着型ディスプレイ及び本発明の画像表示方法、全般に関する説明］
本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、補正手段は、導光手段を通して観察された基準対象物の像（以下、『基準対象物の現実像』と呼ぶ場合がある）と、該基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像（以下、『基準生成画像』と呼ぶ場合がある）とが重なるように、該基準撮像データを補正する校正処理にて得られた補正データ（補正パラメータ。例えば、行列の形式で表される）を記憶しており；補正手段は、対象物の現実像と生成画像とが重なるように、撮像データを補正データに基づき補正する形態とすることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の画像表示方法にあっては、基準対象物の現実像と基準生成画像とが重なるように、基準撮像データを補正する校正処理にて得られた補正データ（補正パラメータ）を補正手段には記憶しておき、対象物の現実像と生成画像とが重なるように、撮像データを補正データに基づき補正する形態とすることが好ましい。
【００１５】
そして、上記の好ましい形態にあっては、校正処理時、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像（基準生成画像）の少なくとも一部の輪郭を、補正手段は強調する構成［本発明の頭部装着型ディスプレイ］、あるいは又、補正手段によって強調する構成［本発明の画像表示方法］とすることができる。あるいは、上記の好ましい形態にあっては、校正処理時、基準対象物を撮像装置によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置から送出され、導光手段において生成される基準画像（基準生成画像）の色を、補正手段は、基準対象物の色と異ならせる構成［本発明の頭部装着型ディスプレイ］、あるいは又、補正手段によって基準対象物の色と異ならせる構成［本発明の画像表示方法］とすることができる。これらの構成を採用することで、基準対象物の現実像と導光手段において生成される基準生成画像とが重なっているか否かを、観察者は容易に判断することができる。
【００１６】
あるいは、上記の好ましい形態にあっては、補正データ（補正パラメータ）には、校正処理時における基準対象物から撮像装置までの距離のデータである距離基準データが含まれており；対象物の現実像と生成画像とが重なるように撮像データを補正するとき、補正手段は、更に、対象物から撮像装置までの距離のデータ及び距離基準データに基づき撮像データを補正する構成［本発明の頭部装着型ディスプレイ］、あるいは又、更に、補正手段によって、対象物から撮像装置までの距離のデータ及び距離基準データに基づき撮像データを補正する構成［本発明の画像表示方法］とすることができる。これらの構成を採用することで、より一層、精確な撮像データの補正を行うことができる。尚、撮像装置に対象物から撮像装置までの距離を測定する手段が備えられていない場合には、校正処理時における基準対象物から撮像装置までのおおよその距離データを観察者が補正手段に入力すればよい。
【００１７】
あるいは、上記の好ましい形態における本発明の頭部装着型ディスプレイにあっては、校正処理において、補正手段は、基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行うことで、導光手段を通して観察された基準対象物の像と基準生成画像とを重ならせる構成とすることができる。また、上記の好ましい形態における本発明の画像表示方法にあっては、校正処理において、補正手段によって基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行うことで、導光手段を通して観察された基準対象物の像と基準生成画像とを重ならせる構成とすることができる。具体的には、アフィン変換行列に基づき基準撮像データの校正処理を行えばよい。
【００１８】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、補正手段は、撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行うことが好ましい。また、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の画像表示方法にあっては、補正手段によって、撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行うことが好ましい。具体的には、アフィン変換行列に基づき撮像データの補正処理を行えばよい。
【００１９】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の頭部装着型ディスプレイあるいは本発明の画像表示方法における頭部装着型ディスプレイ（以下、これらを総称して、『本発明の頭部装着型ディスプレイ等』と呼ぶ）において、補正手段は、限定するものではないが、例えば、ＣＰＵ、補正プログラム記憶手段（記憶装置、メモリ）、補正データ記憶手段（記憶装置、メモリ）、入力画像切替えスイッチ、入力画像メモリ、ＶＲＡＭから構成することができる。ここで、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の画像表示方法にあっては、校正処理において、観察者の動き（例えば、手の動き）を撮像装置によって撮像し、撮像結果を補正手段で解析することで、補正手段に対する基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理の指示を行う構成とすることができる。尚、このような操作は、周知のアルゴリズム、ソフトウエアで実現することができる。あるいは又、校正処理において、操作パネルを用いた観察者の指示に基づき、補正手段によって基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行う構成とすることもできる。校正処理において、どのような操作を観察者に要求するか、補正手段は、具体的な指示、操作方法、ガイダンス等を画像表示装置に表示すればよい。
【００２０】
本発明の頭部装着型ディスプレイ等にあっては、画像表示装置を、１つ備えていてもよいし（片眼型）、２つ備えていてもよい（両眼型）。
【００２１】
本発明の頭部装着型ディスプレイ等において、フレームは観察者の正面に配置されるフロント部と、フロント部の両端に蝶番を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部と、各テンプル部の先端部に取り付けられたモダン部から成り、更には、ノーズパッドを備えている。フレーム及びノーズパッドの組立体は、リムが無い点を除き、通常の眼鏡と略同じ構造を有する。フレームを構成する材料は、金属や合金、プラスチック、これらの組合せといった、通常の眼鏡を構成する材料と同じ材料から構成することができる。
【００２２】
そして、頭部装着型ディスプレイのデザイン上、あるいは、頭部装着型ディスプレイの装着の容易性といった観点から、１あるいは２の画像生成装置からの配線（信号線や電源線等）が、テンプル部、及び、モダン部の内部を介して、モダン部の先端部から外部に延び、外部回路（制御回路）に接続されている形態とすることが望ましい。更には、各画像生成装置はヘッドホン部を備えており、各画像生成装置からのヘッドホン部用配線が、テンプル部、及び、モダン部の内部を介して、モダン部の先端部からヘッドホン部へと延びている形態とすることが一層望ましい。ヘッドホン部として、例えば、インナーイヤー型のヘッドホン部、カナル型のヘッドホン部を挙げることができる。ヘッドホン部用配線は、より具体的には、モダン部の先端部から、耳介（耳殻）の後ろ側を回り込むようにしてヘッドホン部へと延びている形態とすることが好ましい。
【００２３】
本発明の頭部装着型ディスプレイ等において、撮像装置は、フロント部の中央部分に取り付けられている形態とすることができる。撮像装置は、具体的には、例えば、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサーから成る固体撮像素子とレンズから構成されている。撮像装置からの配線は、例えば、フロント部の裏面を通し、一方の画像表示装置に接続すればよく、更には、画像生成装置から延びる配線に含ませればよい。
【００２４】
本発明の頭部装着型ディスプレイ等において、導光手段は、
（ａ）全体として画像生成装置よりも観察者の顔の中心側に配置され、画像生成装置から出射された光が入射され、導光され、観察者の瞳に向かって出射される導光板、
（ｂ）導光板に入射された光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された光を偏向させる第１偏向手段、及び、
（ｃ）導光板の内部を全反射により伝播した光を導光板から出射させるために、導光板の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第２偏向手段、
から構成されている形態とすることができる。尚、「全反射」という用語は、内部全反射、あるいは、導光板内部における全反射を意味する。以下においても同様である。
【００２５】
そして、本発明の頭部装着型ディスプレイ等におけるこのような形態において、第１偏向手段は、導光板に入射された光を反射し；第２偏向手段は、導光板の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、透過、反射する構成とすることができる。更には、この場合、第１偏向手段は反射鏡として機能し、第２偏向手段は半透過鏡として機能する構成とすることができる。
【００２６】
このような構成において、第１偏向手段は、例えば、合金を含む金属から構成され、導光板に入射された光を反射させる光反射膜（一種のミラー）や、導光板に入射された光を回折させる回折格子（例えば、ホログラム回折格子膜）から構成することができる。また、第２偏向手段は、誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体や、ハーフミラー、偏光ビームスプリッター、ホログラム回折格子膜から構成することができる。そして、第１偏向手段や第２偏向手段は、導光板の内部に配設されている（導光板の内部に組み込まれている）が、第１偏向手段においては、導光板に入射された平行光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された平行光が反射又は回折される。一方、第２偏向手段においては、導光板の内部を全反射により伝播した平行光が複数回に亙り反射又は回折され、導光板から平行光の状態で出射される。
【００２７】
あるいは又、本発明の頭部装着型ディスプレイ等におけるこのような形態において、第１偏向手段は、導光板に入射された光を回折し；第２偏向手段は、導光板の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、回折する構成とすることができる。そして、この場合、第１偏向手段及び第２偏向手段は回折格子素子から成る形態とすることができ、更には、回折格子素子は、反射型回折格子素子から成り、あるいは又、透過型回折格子素子から成り、あるいは又、一方の回折格子素子は反射型回折格子素子から成り、他方の回折格子素子は透過型回折格子素子から成る構成とすることができる。尚、反射型回折格子素子として、反射型体積ホログラム回折格子を挙げることができる。反射型体積ホログラム回折格子から成る第１偏向手段を、便宜上、『第１回折格子部材』と呼び、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２偏向手段を、便宜上、『第２回折格子部材』と呼ぶ場合がある。
【００２８】
第１回折格子部材あるいは第２回折格子部材を、異なるＰ種類（例えば、Ｐ＝３であり、赤色、緑色、青色の３種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有するＰ種類の光の回折反射に対応させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成るＰ層の回折格子層が積層されて成る構成とすることができる。尚、各回折格子層には１種類の波長帯域（あるいは、波長）に対応する干渉縞が形成されている。あるいは又、異なるＰ種類の波長帯域（あるいは、波長）を有するＰ種類の光の回折反射に対応するために、１層の回折格子層から成る第１回折格子部材あるいは第２回折格子部材にＰ種類の干渉縞が形成されている構成とすることもできる。あるいは又、画角を例えば三等分して、第１回折格子部材あるいは第２回折格子部材を、各画角に対応する回折格子層が積層されて成る構成とすることができる。そして、これらの構成を採用することで、各波長帯域（あるいは、波長）を有する光が第１回折格子部材あるいは第２回折格子部材において回折反射されるときの回折効率の増加、回折受容角の増加、回折角の最適化を図ることができる。
【００２９】
第１回折格子部材及び第２回折格子部材を構成する材料として、フォトポリマー材料を挙げることができる。反射型体積ホログラム回折格子から成る第１回折格子部材及び第２回折格子部材の構成材料や基本的な構造は、従来の反射型体積ホログラム回折格子の構成材料や構造と同じとすればよい。反射型体積ホログラム回折格子とは、＋１次の回折光のみを回折反射するホログラム回折格子を意味する。回折格子部材には、その内部から表面に亙り干渉縞が形成されているが、係る干渉縞それ自体の形成方法は、従来の形成方法と同じとすればよい。具体的には、例えば、回折格子部材を構成する部材（例えば、フォトポリマー材料）に対して一方の側の第１の所定の方向から物体光を照射し、同時に、回折格子部材を構成する部材に対して他方の側の第２の所定の方向から参照光を照射し、物体光と参照光とによって形成される干渉縞を回折格子部材を構成する部材の内部に記録すればよい。第１の所定の方向、第２の所定の方向、物体光及び参照光の波長を適切に選択することで、回折格子部材の表面における干渉縞の所望のピッチ、干渉縞の所望の傾斜角（スラント角）を得ることができる。干渉縞の傾斜角とは、回折格子部材（あるいは回折格子層）の表面と干渉縞の成す角度を意味する。第１回折格子部材及び第２回折格子部材を、反射型体積ホログラム回折格子から成るＰ層の回折格子層の積層構造から構成する場合、このような回折格子層の積層は、Ｐ層の回折格子層をそれぞれ別個に作製した後、Ｐ層の回折格子層を、例えば、紫外線硬化型接着剤を使用して積層（接着）すればよい。また、粘着性を有するフォトポリマー材料を用いて１層の回折格子層を作製した後、その上に順次粘着性を有するフォトポリマー材料を貼り付けて回折格子層を作製することで、Ｐ層の回折格子層を作製してもよい。
【００３０】
あるいは又、本発明の頭部装着型ディスプレイ等において、導光手段は、画像生成装置よりも観察者の顔の中心側に配置され、画像生成装置から出射された光が入射され、観察者の瞳に向かって出射される半透過ミラーから構成されている形態とすることができる。尚、画像生成装置から出射された光は、空気中を伝播して半透過ミラーに入射する構造としてもよいし、例えば、ガラス板やプラスチック板等の透明な部材（具体的には、後述する導光板を構成する材料と同様の材料から成る部材）の内部を伝播して半透過ミラーに入射する構造としてもよい。尚、半透過ミラーを、この透明な部材を介して画像生成装置に取り付けてもよいし、半透過ミラーを、この透明な部材とは別の部材を介して画像生成装置に取り付けてもよい。
【００３１】
以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の頭部装着型ディスプレイ等において、画像生成装置は、
（イ）２次元マトリクス状に配列された複数の画素を有する画像形成装置、及び、
（ロ）画像形成装置の各画素から出射された光を平行光として、出射するコリメート光学系、
から構成されている形態とすることができる。尚、このような画像生成装置の構成を、便宜上、『第１の構成の画像生成装置』と呼ぶ。
【００３２】
第１の構成の画像生成装置にあっては、画像形成装置として、例えば、反射型空間光変調装置及び光源から構成された画像形成装置；透過型空間光変調装置及び光源から構成された画像形成装置；有機ＥＬ（Electro Luminescence）、無機ＥＬ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子から構成された画像形成装置を挙げることができるが、中でも、反射型空間光変調装置及び光源から構成された画像形成装置とすることが好ましい。空間光変調装置として、ライト・バルブ、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の透過型あるいは反射型の液晶表示装置、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を挙げることができ、光源として発光素子を挙げることができる。更には、反射型空間光変調装置は、液晶表示装置、及び、光源からの光の一部を反射して液晶表示装置へと導き、且つ、液晶表示装置によって反射された光の一部を通過させてコリメート光学系へと導く偏光ビームスプリッターから成る構成とすることができる。光源を構成する発光素子として、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子、白色発光素子を挙げることができる。また、発光素子として、例えば、半導体レーザ素子やＬＥＤを例示することができる。画素の数は、頭部装着型ディスプレイに要求される仕様に基づき決定すればよく、画素の数の具体的な値として、３２０×２４０、４３２×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８、１９２０×１０８０を例示することができる。
【００３３】
あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の頭部装着型ディスプレイにおいて、画像生成装置は、
（イ）光源、
（ロ）光源から出射された光を平行光とするコリメート光学系、
（ハ）コリメート光学系から出射された平行光を走査する走査手段、及び、
（ニ）走査手段によって走査された平行光をリレーし、出射するリレー光学系、
から構成されている形態とすることができる。尚、このような画像生成装置の構成を、便宜上、『第２の構成の画像生成装置』と呼ぶ。
【００３４】
第２の構成の画像生成装置における光源として発光素子を挙げることができ、具体的には、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子、白色発光素子を挙げることができる。また、発光素子として、例えば、半導体レーザ素子やＬＥＤを例示することができる。第２の構成の画像生成装置における画素（仮想の画素）の数も、頭部装着型ディスプレイに要求される仕様に基づき決定すればよく、画素（仮想の画素）の数の具体的な値として、３２０×２４０、４３２×２４０、６４０×４８０、１０２４×７６８、１９２０×１０８０を例示することができる。また、光源を赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子から構成する場合、例えば、クロスプリズムを用いて色合成を行うことが好ましい。走査手段として、光源から出射された光を水平走査及び垂直走査する、例えば、二次元方向に回転可能なマイクロミラーを有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）やガルバノ・ミラーを挙げることができる。リレー光学系は、周知のリレー光学系から構成すればよい。
【００３５】
例えば、発光素子とライト・バルブとから構成された画像形成装置あるいは光源として、全体として白色光を発光するバックライトと、赤色発光画素、緑色発光画素、及び、青色発光画素を有する液晶表示装置との組合せ以外にも、以下の構成を例示することができる。
【００３６】
［画像形成装置−Ａ］
画像形成装置−Ａは、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光パネルから成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光パネルから成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光パネルから成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置から出射された光を１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズムであり、以下の説明においても同様である）、
を備えており、
第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を制御する。
【００３７】
［画像形成装置−Ｂ］
画像形成装置−Ｂは、
（α）青色を発光する第１発光素子、及び、青色を発光する第１発光素子から出射された出射光の通過／非通過を制御するための第１光通過制御装置［一種のライト・バルブであり、例えば、液晶表示装置やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＬＣＯＳから構成され、以下の説明においても同様である］から成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子、及び、緑色を発光する第２発光素子から出射された出射光の通過／非通過を制御するための第２光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子、及び、赤色を発光する第３発光素子から出射された出射光の通過／非通過を制御するための第３光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１光通過制御装置、第２光通過制御装置及び第３光通過制御装置を通過した光を１本の光路に纏めるための手段、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から出射された出射光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。第１発光素子、第２発光素子、第３発光素子から出射された出射光を光通過制御装置へと案内するための手段（光案内部材）として、導光部材、マイクロレンズアレイ、ミラーや反射板、集光レンズを例示することができる。
【００３８】
［画像形成装置−Ｃ］
画像形成装置−Ｃは、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光パネル、及び、第１発光パネルから出射された出射光の通過／非通過を制御するための青色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光パネル、及び、第２発光パネルから出射された出射光の通過／非通過を制御するための緑色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第２画像形成装置、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光パネル、及び、第３発光パネルから出射された出射光の通過／非通過を制御するための赤色光通過制御装置（ライト・バルブ）から成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）青色光通過制御装置、緑色光通過制御装置及び赤色光通過制御装置を通過した光を１本の光路に纏めるための手段を備えており、
光通過制御装置（ライト・バルブ）によってこれらの第１発光パネル、第２発光パネル及び第３発光パネルから出射された出射光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００３９】
［画像形成装置−Ｄ］
画像形成装置−Ｄは、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
（α）青色を発光する第１発光素子を備えた第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子を備えた第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子を備えた第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置から出射された光を１本の光路に纏めるための手段、更には、
（ε）１本の光路に纏めるための手段から出射された光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から出射された出射光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００４０】
［画像形成装置−Ｅ］
画像形成装置−Ｅも、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
（α）青色を発光する第１発光素子が２次元マトリクス状に配列された第１発光パネルから成る第１画像形成装置、
（β）緑色を発光する第２発光素子が２次元マトリクス状に配列された第２発光パネルから成る第２画像形成装置、及び、
（γ）赤色を発光する第３発光素子が２次元マトリクス状に配列された第３発光パネルから成る第３画像形成装置、並びに、
（δ）第１画像形成装置、第２画像形成装置及び第３画像形成装置のそれぞれから出射された光を１本の光路に纏めるための手段、更には、
（ε）１本の光路に纏めるための手段から出射された光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光パネルから出射された出射光の通過／非通過を制御することで画像を表示する。
【００４１】
［画像形成装置−Ｆ］
画像形成装置−Ｆは、第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を制御することで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプのカラー表示の画像形成装置である。
【００４２】
［画像形成装置−Ｇ］
画像形成装置−Ｇは、２次元マトリクス状に配列された発光素子ユニットからの出射光の通過／非通過を制御するための光通過制御装置（ライト・バルブ）を備えており、発光素子ユニットにおける第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子のそれぞれの発光／非発光状態を時分割制御し、更に、光通過制御装置によって第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子から出射された出射光の通過／非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置である。
【００４３】
第１の構成の画像生成装置あるいは第２の構成の画像生成装置において、コリメート光学系にて複数の平行光とされた光を導光板に入射させるが、このような、平行光であることの要請は、これらの光が導光板へ入射したときの光波面情報が、第１偏向手段と第２偏向手段を介して導光板から出射された後も保存される必要があることに基づく。尚、複数の平行光を生成させるためには、具体的には、コリメート光学系における焦点距離の所（位置）に、例えば、画像形成装置を位置させればよい。コリメート光学系は、画素の位置情報を導光手段の光学系における角度情報に変換する機能を有する。コリメート光学系として、凸レンズ、凹レンズ、自由曲面プリズム、ホログラムレンズを、単独、若しくは、組み合わせた、全体として正の光学的パワーを持つ光学系を例示することができる。
【００４４】
導光板は、導光板の軸線（Ｙ方向）と平行に延びる２つの平行面（第１面及び第２面）を有している。光が入射する導光板の面を導光板入射面、光が出射する導光板の面を導光板出射面としたとき、第１面によって導光板入射面及び導光板出射面が構成されていてもよいし、第１面によって導光板入射面が構成され、第２面によって導光板出射面が構成されていてもよい。導光板を構成する材料として、石英ガラスやＢＫ７等の光学ガラスを含むガラスや、プラスチック材料（例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂）を挙げることができる。導光板の形状は、平板に限定するものではなく、湾曲した形状を有していてもよい。
【００４５】
本発明の頭部装着型ディスプレイ等を両眼型とする場合、
導光手段は、全体として画像生成装置よりも観察者の顔の中心側に配置されており、
２つの画像表示装置を結合する結合部材を更に有し、
結合部材は、観察者の２つの瞳の間に位置するフレームの中央部分の観察者に面する側に取り付けられており、
結合部材の射影像は、フレームの射影像内に含まれる構成とすることが好ましい。
【００４６】
このように、結合部材を、観察者の２つの瞳の間に位置するフレームの中央部分に取り付けられている構造とすることによって、即ち、画像表示装置は、フレームに、直接、取り付けられた構造とはなっていなければ、観察者がフレームを頭部に装着したとき、テンプル部が外側に向かって広がった状態となり、その結果、フレームが変形したとしても、係るフレームの変形によって、画像生成装置あるいは導光手段の変位（位置変化）が生じることがないか、生じたとしても、極僅かである。それ故、左右の画像の輻輳角が変化してしまうことを確実に防止することができる。しかも、フレームのフロント部の剛性を高める必要がないので、フレームの重量増加、デザイン性の低下、コストの増加を招くことがない。また、画像表示装置は、眼鏡型のフレームに、直接、取り付けられていないので、観察者の嗜好によってフレームのデザインや色等を自由に選択することが可能であるし、フレームのデザインが受ける制約も少なく、デザイン上の自由度が高い。加えて、結合部材は、観察者とフレームとの間に配置されており、しかも、結合部材の射影像は、フレームの射影像内に含まれる。云い換えれば、観察者の正面から頭部装着型ディスプレイを眺めたとき、結合部材はフレームによって隠されている。従って、高いデザイン性、意匠性を頭部装着型ディスプレイに与えることができる。
【００４７】
尚、結合部材は、観察者の２つの瞳の間に位置するフロント部の中央部分（通常の眼鏡におけるブリッジの部分に相当する）の観察者に面する側に取り付けられている構成とすることが好ましい。
【００４８】
結合部材によって２つの画像表示装置が結合されているが、具体的には、結合部材の各端部に、画像生成装置が、取付け状態調整可能に取り付けられている形態とすることができる。そして、この場合、各画像生成装置は、観察者の瞳よりも外側に位置している構成とすることが好ましい。更には、このような構成にあっては、一方の画像生成装置の取付部中心とフレームの一端部（一方の智、ヨロイ）との間の距離をα、結合部材の中心からフレームの一端部（一方の智）までの距離をβ、他方の画像生成装置の取付部中心とフレームの一端部（一方の智）との間の距離をγ、フレームの長さをＬとしたとき、０．０１×Ｌ≦α≦０．３０×Ｌ、好ましくは、０．０５×Ｌ≦α≦０．２５×Ｌ、０．３５×Ｌ≦β≦０．６５×Ｌ、好ましくは、０．４５×Ｌ≦β≦０．５５×Ｌ、０．７０×Ｌ≦γ≦０．９９×Ｌ、好ましくは、０．７５×Ｌ≦γ≦０．９５×Ｌを満足することが望ましい。結合部材の各端部への画像生成装置の取付けは、具体的には、例えば、結合部材の各端部の３箇所に貫通孔を設け、貫通孔に対応した螺合部を画像生成装置に設け、各貫通孔にビスを通し、画像生成装置に設けられた螺合部に螺合させる。ビスと螺合部との間にはバネを挿入しておく。こうして、ビスの締め付け状態によって、画像生成装置の取付け状態（結合部材に対する画像生成装置の傾き）を調整することができる。
【００４９】
ここで、画像生成装置の取付部中心とは、画像生成装置が結合部材に取り付けられている状態において、画像生成装置及びフレームを仮想平面に射影したときに得られる画像生成装置の射影像が、フレームの射影像の重なっている部分のフレームの軸線方向に沿った二等分点を指す。また、結合部材の中心とは、結合部材がフレームに取り付けられている状態において、結合部材がフレームに接している部分のフレームの軸線方向に沿った二等分点を指す。フレームの長さとは、フレームが湾曲している場合、フレームの射影像の長さである。尚、射影方向は、観察者の顔に対して垂直な方向とする。
【００５０】
あるいは又、結合部材によって２つの画像表示装置が結合されているが、具体的には、結合部材が、２つの導光手段を結合している形態とすることもできる。尚、２つの導光手段が一体的に作製されている場合があり、このような場合、係る一体的に作製された導光手段に結合部材が取り付けられているが、係る形態も、結合部材が２つの導光手段を結合している形態に包含される。一方の画像生成装置の中心とフレームの一端部との間の距離をα’他方の画像生成装置の中心とフレームの一端部との間の距離をγ’としたとき、α’，γ’の値も上述したα，γの値と同様とすることが望ましい。尚、画像生成装置の中心とは、画像生成装置が導光手段に取り付けられている状態において、画像生成装置及びフレームを仮想平面に射影したときに得られる画像生成装置の射影像が、フレームの射影像の重なっている部分のフレームの軸線方向に沿った二等分点を指す。
【００５１】
結合部材の形状は、結合部材の射影像がフレームの射影像内に含まれる限りにおいて、本質的に任意であり、例えば、棒状、細長い板状を例示することができる。結合部材を構成する材料も、金属や合金、プラスチック、これらの組合せを挙げることができる。
【００５２】
本発明の応用にあっては、観察者が見ている対象物に関連する文字や画像、映像等を重ね合わせて表示することで、肉眼では見えない部分を見えるようにしたり、対象物を拡大して表示したり、関連情報を提供する事例、医師が手術の際に装着して患者の身体状態や患部の拡大映像を表示する事例、軍隊で兵士が装着して戦場の様子やセンサーが捕らえた敵兵の状態を重ね合わせて表示する事例を挙げることができる。
【実施例１】
【００５３】
実施例１は、本発明の頭部装着型ディスプレイ及び本発明の画像表示方法に関する。
【００５４】
実施例１は、本発明の頭部装着型ディスプレイに関する。実施例１の頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図１に示し、実施例１の頭部装着型ディスプレイ（但し、フレームを除去したと想定したときの状態）を正面から眺めた模式図を図２に示す。また、実施例１の頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図３に示し、実施例１の頭部装着型ディスプレイを観察者４０の頭部に装着した状態を上方から眺めた図を図４に示す。尚、図４においては、便宜上、画像表示装置のみを示し、フレームの図示は省略している。また、図５に、実施例１の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示装置の概念図を示す。
【００５５】
実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例６における頭部装着型ディスプレイは、
（Ａ）観察者４０の頭部に装着される眼鏡型のフレーム１０、
（Ｂ）画像表示装置１００、
（Ｃ）フレーム１０に取り付けられた撮像装置１８、及び、
（Ｄ）補正手段３０、
を備えている。尚、実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例６における頭部装着型ディスプレイにあっては、画像表示装置１００を２つ備えた両眼型とした。
【００５６】
そして、画像表示装置１００は、
（Ｂ−１）画像生成装置１１０、及び、
（Ｂ−２）画像生成装置１１０に取り付けられており、画像生成装置１１０から出射された光が入射され、導光され、観察者４０の瞳４１に向かって出射される、シースルー型（半透過型）の導光手段１２０、
から構成されている。尚、画像生成装置１１０は第１の構成の画像生成装置から構成されており、導光手段１２０は全体として画像生成装置１１０よりも観察者４０の顔の中心側に配置されている。
【００５７】
そして、補正手段３０は、導光手段１２０を通して観察された対象物の像（対象物の現実像）と、対象物を撮像装置１８によって撮像して得られた撮像データに基づき画像生成装置１１０から送出され、導光手段１２０において生成された画像（生成画像）とが重なるように、撮像データを補正する。あるいは又、対象物の現実像と生成画像とが重なるように、補正手段３０によって撮像データを補正する。
【００５８】
補正手段３０は、補正処理として、具体的には、撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行う。より具体的には、アフィン変換行列に基づき撮像データの補正処理を行う。
【００５９】
また、補正手段３０は、導光手段１２０を通して観察された基準対象物の像（基準対象物の現実像）と、この基準対象物を撮像装置１８によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置１１０から送出され、導光手段１２０において生成される基準画像（基準生成画像）とが重なるように、基準撮像データを補正する校正処理にて得られた補正データ（補正パラメータ）を記憶している。そして、補正手段３０は、対象物の現実像と生成画像とが重なるように、撮像データを係る補正データに基づき補正する。
【００６０】
補正手段３０は、具体的には、基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行うことで、導光手段１２０を通して観察された基準対象物の像と基準生成画像とを重ならせる。即ち、校正処理において、補正手段３０によって基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行うことで、導光手段１２０を通して観察された基準対象物の像と基準生成画像とを重ならせる。より具体的には、アフィン変換行列に基づき基準撮像データの補正処理を行う。
【００６１】
図６に概念図を示すように、補正手段３０は、ＣＰＵ３１、補正プログラム記憶手段（記憶装置、メモリ）３２、補正データ記憶手段（記憶装置、メモリ）３３、対象物の情報（対象物を特定するためのデータ）を記憶した記憶装置３４、入力画像切替えスイッチ３５、入力画像メモリ３６、ＶＲＡＭ３７から構成することができる。これらの補正手段３０を構成する構成要素（部品）は、周知の構成要素とすることができるし、これらの構成要素、それ自体の動作は従来のものと同様であるので、詳細な説明は省略する。補正手段３０は、操作パネル３８を備えており、校正処理において、操作パネル３８を用いた観察者４０の指示に基づき、補正手段３０によって基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理を行う。校正処理において、どのような操作を観察者４０に要求するか、補正手段３０は、具体的な指示、操作方法、ガイダンス等を画像表示装置１００に表示する。尚、補正手段３０は、後述する画像生成装置１１０Ａから延びる配線（信号線や電源線等）１５が接続された外部回路（図示せず）内に納められており、外部回路（制御回路）においては、更に、画像信号の各種の処理も行われる。
【００６２】
始めに観察者４０が頭部装着型ディスプレイを頭部に装着したとき、図７の（Ａ）に示すような画像を見ることになる。これは、撮像装置１８の光軸と、画像生成装置１１０を介して導光板１２１（後述する）に表示される生成画像の位置と、観察者４０の視線が一致しないために、対象物の現実像と生成画像とがずれてしまうことによって起こる現象である。従って、観察者毎、あるいは、同じの観察者であっても装着する度に、このような状況に遭遇することになる。尚、図７の（Ａ）及び（Ｂ）において、「撮像装置」を『カメラ』と表示している。
【００６３】
対象物の現実像と生成画像とを一致させるためには、図７の（Ｂ）に示すように、補正手段３０によって撮像データを補正すればよい。即ち、撮像データの補正を行えばよい。具体的には、例えば、図８に模式図を示すように、対象物の現実像の３点と、対象物の現実像の係る３点に対応する生成画像の３点とが一致させる条件を見い出せばよい。云い換えれば、三角形のラベル付けされた各頂点Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3と、Ｑ1’，Ｑ2’，Ｑ3’とを一致させればよい。撮像装置におけるレンズの歪み等を無視できるとすれば、２つの三角形が一致するための条件は、一般解としてアフィン変換の方程式を用いて、以下の式（１）のように表すことができる。ここで、「Ｑ」及び「Ｑ’」は、それぞれ、導光板１２１における位置ベクトル、「Ｍ」は３行３列のアフィン変換行列である。補正手段３０による撮像データの補正は、対象物を撮像装置１８によって撮像して得られた撮像データに行列「Ｍ」を適用して撮像データを補正し、画像生成装置１１０に画像信号を送出する処理である。また、補正手段３０による校正処理は、基準対象物を撮像装置１８によって撮像して得られた基準撮像データに基づく式（１）の行列「Ｍ」の設定である。アフィン変換行列「Ｍ」は、分解すると式（２）で表すことができる。
【００６４】
Ｑ’＝Ｍ・Ｑ        （１）
Ｍ  ＝Ｓ・Ｒ・Ｔ    （２）
【００６５】
ここで、「Ｓ」、「Ｒ」、「Ｔ」も３行３列の行列である。尚、行列「Ｓ」はスケーリング、行列「Ｒ」は回転、行列「Ｔ」は移動を表す。アフィン変換行列を式（２）のように分解した場合、観察者４０が行う操作は、各行列「Ｓ」、「Ｒ」、「Ｔ」を設定する操作である。即ち、補正手段に備えられた操作パネル３８には、上下左右移動、時計回り・反時計回り回転、拡大・縮小の８種の制御を行うためのボタンあるいはレバー（図示せず）が配設されている。これらの操作は、順番を決めて行わないと認知できなくなる虞があるため、校正処理においては、画像生成装置１１０を介して導光板１２１には文字列若しくは模式図が提示され、観察者４０の操作を介助する。このとき、文字列を表示する場合の文言の例を図９に例示する。尚、図９において、「メモリー」は補正データ記憶手段３３を意味する。また、校正処理における操作の流れ図を図１０に示す。尚、上下左右移動、時計回り・反時計回り回転、拡大・縮小の操作の順序は、本質的に任意である。
【００６６】
具体的には、先ず、図１０に示すように、調整開始操作において入力画像切替えスイッチ３５を切り換えて校正処理のモードに入ると、ＣＰＵ３１は、補正プログラム記憶手段３２から補正プログラムを読み出す。一方、撮像装置１８によって撮像された基準対象物は外部回路において画像信号とされ、入力画像メモリ３６に、一旦、記憶され、ＣＰＵ３１に送り込まれ、信号処理が施された後、ＶＲＡＭ３７を経由して、画像生成装置１１０へと送出され、導光板１２１に基準生成画像として表示される。また、補正手段３０によって、具体的な指示、操作方法、ガイダンス等が画像表示装置１００に表示される（図１０の「調整操作ガイドの指示」のステップ参照）。そして、この基準生成画像が基準対象物と重なるように、上述したとおり、操作パネル３８のボタンあるいはレバーを操作する（図１０の「生成画像の回転、拡大／縮小、移動」のステップ参照）。次いで、基準生成画像が基準対象物とが重なったならば、操作パネル３８のボタンあるいはレバーを操作してアフィン変換行列の更新を補正手段３０に指示する（図１０の「アフィン変換行列の更新」のステップ参照）。次いで、調整が完了したならば、画像表示装置１００に表示された保存操作ガイドの指示に基づき、補正データ記憶手段３３を選択し、更新されたアフィン変換行列（３行３列の行列「Ｓ」、「Ｒ」、「Ｔ」、あるいは、行列「Ｍ」）を選択された補正データ記憶手段３３に保存し、校正処理を完了する。
【００６７】
そして、通常の対象物の観察にあっては、補正手段３０は、対象物の現実像と生成画像とが重なるように撮像データを補正データに基づき補正する。そして、補正された撮像データに基づき、補正手段３０に備えられた記憶装置３４に記憶された対象物の情報（例えば、対象物を特定するためのデータ）を画像生成装置１１０を介して導光板１２１に表示することができる。即ち、ＡＲ技術を実現することができる。このように、アフィン変換行列そのものを補正データ（補正パラメータ）として生成画像を得ることで、対象物の現実像に対して相対的な位置関係を保ったまま、画像若しくは画像の一部を表示し、あるいは又、対象物の情報を表示することが可能となる。
【００６８】
尚、アフィン変換行列、即ち、行列「Ｍ」は、観察者毎に異なる可能性が高いため、１つの頭部装着型ディスプレイを複数の観察者間で共用する場合には、複数の行列「Ｍ」を記憶しておき、観察者が選択できるようにすることが好ましい。そのためには、上述したとおり、補正データ記憶手段３３の選択、及び、更新されたアフィン変換行列の選択された補正データ記憶手段３３への保存を行うことで、補正データ記憶手段３３に複数の行列「Ｍ」を記憶しておき、必要に応じて、行列「Ｍ」を読み出せばよい。
【００６９】
このように、実施例１にあっては、対象物の現実像と生成画像とが重なるように補正手段３０によって撮像データを補正する。それ故、頭部装着型ディスプレイを観察者４０の頭部に装着したとき、撮像装置１８の光軸や、観察者４０の視線と画像表示装置（より具体的には、導光手段１２０）との空間的位置関係に変化が生じたとしても、撮像データに対する補正処理が施されるので、予め取得され、頭部装着型ディスプレイに記憶されている対象物の情報と撮像装置１８から得られた対象物の情報との間に不一致や不整合が生じることがなく、確実に、且つ、容易にＡＲ技術を実現することができる。
【００７０】
尚、校正処理において、操作パネル３８を操作するのではなく、観察者４０の動き（例えば、手の動き）を撮像装置１８によって撮像し、撮像結果を補正手段３０で解析することで、補正手段３０に対する基準撮像データの回転処理、拡大／縮小処理、及び、移動処理の指示を行うこともできる。尚、このような操作は、周知のアルゴリズム、ソフトウエアで実現することができる。
【００７１】
また、校正処理時、基準対象物を撮像装置１８によって撮像して得られた基準撮像データに基づき画像生成装置１１０から送出され、導光手段１２０において生成される基準生成画像の少なくとも一部の輪郭を、補正手段３０によって強調してもよい。具体的には、このような輪郭抽出（輪郭強調）を行う場合、例えば、画像を構成する全ての画素における画像信号に対して、ラプラシアンフィルタのような微分フィルタを適用すればよい。あるいは、校正処理時、基準生成画像の色を、補正手段３０によって基準対象物の色と異ならせてもよい。具体的には、例えば、画像を構成する全ての画素に対して、画像信号の上限値から各画素の画像信号値を減じるといった操作を加えればよい。これらの構成を採用することで、基準対象物の現実像と導光手段１２０において生成される基準生成画像とが重なっているか否かを、観察者は容易に判断することができる。
【００７２】
あるいは又、補正データ（補正パラメータ）に、校正処理時における基準対象物から撮像装置１８までの距離のデータである距離基準データを含ませることができる。そして、対象物の現実像と生成画像とが重なるように撮像データを補正するとき、補正手段３０によって、対象物から撮像装置１８までの距離のデータ及び距離基準データに基づき撮像データを補正してもよい。これによって、より一層、精確な撮像データの補正を行うことができる。尚、撮像装置１８に対象物から撮像装置１８までの距離を測定する手段が備えられていない場合には、観察者４０が校正処理時における基準対象物から撮像装置１８までのおおよその距離データを補正手段３０に入力できるようにすればよい。具体的には、距離として、「「近い」、「中間」、遠い」等、あるいは又、「１ｍ」、「３ｍ」、「∞」等を入力できるセレクタスイッチ（あるいは、ボタン）等を補正手段に備えておけばよい。また、対象物から撮像装置までの距離のデータも、同様に、「近い」、「中間」、「遠い」等、あるいは又、「１ｍ」、「３ｍ」、「∞」等を入力できるセレクタスイッチ（あるいは、ボタン）等から入力すればよい。
【００７３】
以下、フレーム１０、画像表示装置１００等についての説明を行う。
【００７４】
実施例１の頭部装着型ディスプレイにあっては、２つの画像表示装置１００を結合する結合部材２０を更に有している。結合部材２０は、観察者４０の２つの瞳４１の間に位置するフレーム１０の中央部分１０Ｃの観察者に面する側に（即ち、観察者４０とフレーム１０との間に）、例えば、ビス（図示せず）を用いて取り付けられている。更には、結合部材２０の射影像は、フレーム１０の射影像内に含まれる。即ち、観察者４０の正面から頭部装着型ディスプレイを眺めたとき、結合部材２０はフレーム１０によって隠されており、結合部材２０は視認されない。
【００７５】
そして、実施例１の頭部装着型ディスプレイにおいては、結合部材２０によって２つの画像表示装置１００が結合されているが、具体的には、結合部材２０の各端部に、画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂが、取付け状態調整可能に取り付けられている。そして、各画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂは、観察者４０の瞳４１よりも外側に位置している。具体的には、一方の画像生成装置１１０Ａの取付部中心１１０ＡCとフレーム１０の一端部（一方の智）１０Ａとの間の距離をα、結合部材２０の中心２０Cからフレームの一端部（一方の智）１０Ａまでの距離をβ、他方の画像生成装置１１０Ｂの取付部中心１１０ＢCとフレームの一端部（一方の智）１０Ａとの間の距離をγ、フレームの長さをＬとしたとき、
α＝０．１×Ｌ
β＝０．５×Ｌ
γ＝０．９×Ｌ
である。
【００７６】
結合部材２０の各端部への画像生成装置（具体的には、画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂ）の取付けは、具体的には、例えば、結合部材の各端部の３箇所に貫通孔（図示せず）を設け、貫通孔に対応したタップ付きの孔部（螺合部。図示せず）を画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂに設け、各貫通孔にビス（図示せず）を通し、画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂに設けられた孔部に螺合させる。ビスと孔部との間にはバネを挿入しておく。こうして、ビスの締め付け状態によって、画像生成装置の取付け状態（結合部材に対する画像生成装置の傾き）を調整することができる。取付け後、蓋（図示せず）によってビスを隠す。尚、図２、図１５、図１８において、結合部材２０，２１を明示するために、結合部材２０，２１に斜線を付した。
【００７７】
フレーム１０は、観察者４０の正面に配置されるフロント部１０Ｂと、フロント部１０Ｂの両端に蝶番１１を介して回動自在に取り付けられた２つのテンプル部１２と、各テンプル部１２の先端部に取り付けられたモダン部（先セル、耳あて、イヤーパッドとも呼ばれる）１３から成り、結合部材２０は、観察者４０の２つの瞳４１の間に位置するフロント部１０Ｂの中央部分１０Ｃ（通常の眼鏡におけるブリッジの部分に相当する）に取り付けられている。そして、結合部材２０の観察者４０に面する側にノーズパッド１４が取り付けられている。尚、図３、図１６あるいは図１９においては、ノーズパッド１４の図示を省略している。フレーム１０及び結合部材２０は金属又はプラスチックから作製されており、結合部材２０の形状は湾曲した棒状である。
【００７８】
更には、一方の画像生成装置１１０Ａから延びる配線（信号線や電源線等）１５が、テンプル部１２、及び、モダン部１３の内部を介して、モダン部１３の先端部から外部に延びており、図示しない外部回路に接続されている。更には、各画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂはヘッドホン部１６を備えており、各画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂから延びるヘッドホン部用配線１７が、テンプル部１２、及び、モダン部１３の内部を介して、モダン部１３の先端部からヘッドホン部１６へと延びている。ヘッドホン部用配線１７は、より具体的には、モダン部１３の先端部から、耳介（耳殻）の後ろ側を回り込むようにしてヘッドホン部１６へと延びている。このような構成にすることで、ヘッドホン部１６やヘッドホン部用配線１７が乱雑に配置されているといった印象を与えることがなく、すっきりとした頭部装着型ディスプレイとすることができる。
【００７９】
また、フロント部１０Ｂの中央部分１０Ｃには、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサーから成る固体撮像素子とレンズ（これらは図示せず）とから構成された撮像装置１８が取り付けられている。具体的には、中央部分１０Ｃには貫通孔が設けられており、中央部分１０Ｃに設けられた貫通孔と対向する結合部材２０の部分には凹部が設けられており、この凹部内に撮像装置１８が配置されている。中央部分１０Ｃに設けられた貫通孔から入射した光が、レンズによって固体撮像素子に集光される。固体撮像素子からの信号は、撮像装置１８から延びる配線（図示せず）を介して、画像生成装置１１０Ａ、更には、外部回路に送出される。尚、配線は、結合部材２０とフロント部１０Ｂとの間を通り、一方の画像生成装置１１０Ａに接続されている。このような構成にすることで、撮像装置が頭部装着型ディスプレイに組み込まれていることを、視認させ難くすることができる。
【００８０】
実施例１にあっては、図５に示すように、導光手段１２０は、
（ａ）全体として画像生成装置１１０よりも観察者４０の顔の中心側に配置され、画像生成装置１１０から出射された光が入射され、導光され、観察者４０の瞳４１に向かって出射される導光板１２１、
（ｂ）導光板１２１に入射された光が導光板１２１の内部で全反射されるように、導光板１２１に入射された光を偏向させる第１偏向手段１３０、及び、
（ｃ）導光板１２１の内部を全反射により伝播した光を導光板１２１から出射させるために、導光板１２１の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第２偏向手段１４０、
から構成されている。
【００８１】
第１偏向手段１３０及び第２偏向手段１４０は導光板１２１の内部に配設されている。そして、第１偏向手段１３０は、導光板１２１に入射された光を反射し、第２偏向手段１４０は、導光板１２１の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、透過、反射する。即ち、第１偏向手段１３０は反射鏡として機能し、第２偏向手段１４０は半透過鏡として機能する。より具体的には、導光板１２１の内部に設けられた第１偏向手段１３０は、アルミニウムから成り、導光板１２１に入射された光を反射させる光反射膜（一種のミラー）から構成されている。一方、導光板１２１の内部に設けられた第２偏向手段１４０は、誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体から構成されている。誘電体積層膜は、例えば、高誘電率材料としてのＴｉＯ2膜、及び、低誘電率材料としてのＳｉＯ2膜から構成されている。誘電体積層膜が多数積層された多層積層構造体に関しては、特表２００５−５２１０９９に開示されている。図面においては６層の誘電体積層膜を図示しているが、これに限定するものではない。誘電体積層膜と誘電体積層膜との間には、導光板１２１を構成する材料と同じ材料から成る薄片が挟まれている。尚、第１偏向手段１３０においては、導光板１２１に入射された平行光が導光板１２１の内部で全反射されるように、導光板１２１に入射された平行光が反射（又は回折）される。一方、第２偏向手段１４０においては、導光板１２１の内部を全反射により伝播した平行光が複数回に亙り反射（又は回折）され、導光板１２１から平行光の状態で出射される。
【００８２】
第１偏向手段１３０は、導光板１２１の第１偏向手段１３０を設ける部分１２４を切り出すことで、導光板１２１に第１偏向手段１３０を形成すべき斜面を設け、係る斜面に光反射膜を真空蒸着した後、導光板１２１の切り出した部分１２４を第１偏向手段１３０に接着すればよい。また、第２偏向手段１４０は、導光板１２１を構成する材料と同じ材料（例えば、ガラス）と誘電体積層膜（例えば、真空蒸着法にて成膜することができる）とが多数積層された多層積層構造体を作製し、導光板１２１の第２偏向手段１４０を設ける部分１２５を切り出して斜面を形成し、係る斜面に多層積層構造体を接着し、研磨等を行って、外形を整えればよい。こうして、導光板１２１の内部に第１偏向手段１３０及び第２偏向手段１４０が設けられた導光手段１２０を得ることができる。
【００８３】
光学ガラスやプラスチック材料から成る導光板１２１は、導光板１２１の軸線と平行に延びる２つの平行面（第１面１２２及び第２面１２３）を有している。第１面１２２と第２面１２３とは対向している。そして、光入射面に相当する第１面１２２から平行光が入射され、内部を全反射により伝播した後、光出射面に相当する第１面１２２から出射される。
【００８４】
また、画像生成装置１１０は、第１の構成の画像生成装置から構成されており、図５に示すように、
（イ）２次元マトリクス状に配列された複数の画素を有する画像形成装置１１１、及び、
（ロ）画像形成装置１１１の各画素から出射された光を平行光として、出射するコリメート光学系１１２、
から構成されている。尚、各画像生成装置１１０全体は筐体１１３（図５では、一点鎖線で示す）内に納められており、係る筐体１１３には開口部（図示せず）が設けられており、開口部を介してコリメート光学系１１２から光が出射される。そして、各筐体１１３が、結合部材２０の端部分に、前述したとおり、３本のビス（図示せず）を用いて取り付けられている。また、筐体１１３に、導光手段１２０が取り付けられている。
【００８５】
ここで、画像形成装置１１１は、反射型空間光変調装置１５０、及び、白色光を出射する発光ダイオードから成る光源１５３から構成されている。より具体的には、反射型空間光変調装置１５０は、ライト・バルブとしてのＬＣＯＳから成る液晶表示装置（ＬＣＤ）１５１、及び、光源１５３からの光の一部を反射して液晶表示装置１５１へと導き、且つ、液晶表示装置１５１によって反射された光の一部を通過させてコリメート光学系１１２へと導く偏光ビームスプリッター１５２から構成されている。液晶表示装置１５１は、２次元マトリクス状に配列された複数（例えば、３２０×２４０個）の画素（液晶セル）を備えている。偏光ビームスプリッター１５２は、周知の構成、構造を有する。光源１５３から出射された無偏光の光は、偏光ビームスプリッター１５２に衝突する。偏光ビームスプリッター１５２において、Ｐ偏光成分は通過し、系外に出射される。一方、Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッター１５２において反射され、液晶表示装置１５１に入射し、液晶表示装置１５１の内部で反射され、液晶表示装置１５１から出射される。ここで、液晶表示装置１５１から出射した光の内、「白」を表示する画素から出射した光にはＰ偏光成分が多く含まれ、「黒」を表示する画素から出射した光にはＳ偏光成分が多く含まれる。従って、液晶表示装置１５１から出射され、偏光ビームスプリッター１５２に衝突する光の内、Ｐ偏光成分は、偏光ビームスプリッター１５２を通過し、コリメート光学系１１２へと導かれる。一方、Ｓ偏光成分は、偏光ビームスプリッター１５２において反射され、光源１５３に戻される。液晶表示装置１５１は、例えば、２次元マトリクス状に配列された複数（例えば、３２０×２４０個）の画素（液晶セルの数は画素数の３倍）を備えている。コリメート光学系１１２は、例えば、凸レンズから構成され、平行光を生成させるために、コリメート光学系１１２における焦点距離の所（位置）に画像形成装置１１１（より具体的には、液晶表示装置１５１）が配置されている。また、１画素は、赤色を出射する赤色発光副画素、緑色を出射する緑色発光副画素、及び、青色を出射する青色発光副画素から構成されている。
【００８６】
このように、実施例１の頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ）にあっては、結合部材２０が２つの画像表示装置１００を結合しており、この結合部材２０は、観察者４０の２つの瞳４１の間に位置するフレーム１０の中央部分１０Ｃに取り付けられている。即ち、各画像表示装置１００は、フレーム１０に、直接、取り付けられた構造とはなっていない。従って、観察者４０がフレーム１０を頭部に装着したとき、テンプル部１２が外側に向かって広がった状態となり、その結果、フレーム１０が変形したとしても、このようなフレーム１０の変形によって、画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂの変位（位置変化）が生じないか、生じたとしても、極僅かである。それ故、左右の画像の輻輳角が変化してしまうことを確実に防止することができる。しかも、フレーム１０のフロント部１０Ｂの剛性を高める必要がないので、フレーム１０の重量増加、デザイン性の低下、コストの増加を招くことがない。また、画像表示装置１００は、眼鏡型のフレーム１０に、直接、取り付けられていないので、観察者の嗜好によってフレーム１０のデザインや色等を自由に選択することが可能であるし、フレーム１０のデザインが受ける制約も少なく、デザイン上の自由度が高い。加えて、観察者の正面から頭部装着型ディスプレイを眺めたとき、結合部材２０はフレーム１０に隠れている。従って、高いデザイン性、意匠性を頭部装着型ディスプレイに与えることができる。
【実施例２】
【００８７】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示装置２００の概念図を図１１に示すように、実施例２にあっては、画像生成装置２１０は、第２の構成の画像生成装置から構成されており、具体的には、
（イ）光源２５１、
（ロ）光源２５１から出射された光を平行光とするコリメート光学系２５２、
（ハ）コリメート光学系２５２から出射された平行光を走査する走査手段２５３、及び、
（ニ）走査手段２５３によって走査された平行光をリレーし、出射するリレー光学系２５４、
から構成されている。尚、画像生成装置２１０全体が筐体２１３（図１１では、一点鎖線で示す）内に納められており、係る筐体２１３には開口部（図示せず）が設けられており、開口部を介してリレー光学系２５４から光が出射される。そして、各筐体２１３が、結合部材２０の端部分に、ビスあるいは接着剤（図示せず）を用いて取り付けられている。また、筐体２１３に、導光手段１２０が取り付けられている。
【００８８】
光源２５１は、赤色を発光する赤色発光素子２５１Ｒ、緑色を発光する緑色発光素子２５１Ｇ、青色を発光する青色発光素子２５１Ｂから構成されており、各発光素子は半導体レーザ素子から成る。光源２５１から出射された３原色の光は、クロスプリズム２５５を通過することで色合成が行われ、光路が一本化され、全体として正の光学的パワーを持つコリメート光学系２５２に入射し、平行光として出射される。そして、この平行光は、全反射ミラー２５６で反射され、マイクロミラーを二次元方向に回転自在とし、入射した平行光を２次元的に走査することができるＭＥＭＳから成る走査手段２５３によって水平走査及び垂直走査が行われ、一種の２次元画像化され、仮想の画素が生成される。そして、仮想の画素からの光は、周知のリレー光学系から構成されたリレー光学系２５４を通過し、平行光とされた光束が導光手段１２０に入射する。
【００８９】
リレー光学系２５４にて平行光とされた光束が入射され、導光され、出射される導光手段１２０は、実施例１にて説明した導光手段と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。また、実施例２の頭部装着型ディスプレイも、上述したとおり、画像生成装置２１０が異なる点を除き、実質的に、実施例１の頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
【実施例３】
【００９０】
実施例３も実施例１の変形である。実施例３の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示装置３００の概念図を図１２の（Ａ）に示す。また、反射型体積ホログラム回折格子の一部を拡大して示す模式的な断面図を図１２の（Ｂ）に示す。実施例３にあっては、画像生成装置１１０は、実施例１と同様に、第１の構成の画像生成装置から構成されている。また、導光手段３２０は、第１偏向手段及び第２偏向手段の構成、構造が異なる点を除き、基本的な構成、構造、即ち、
（ａ）全体として画像生成装置１１０よりも観察者４０の顔の中心側に配置され、画像生成装置１１０から出射された光が入射され、導光され、観察者４０の瞳４１に向かって出射される導光板３２１、
（ｂ）導光板３２１に入射された光が導光板３２１の内部で全反射されるように、導光板３２１に入射された光を偏向させる第１偏向手段、及び、
（ｃ）導光板３２１の内部を全反射により伝播した光を導光板３２１から出射させるために、導光板３２１の内部を全反射により伝播した光を複数回に亙り偏向させる第２偏向手段、
から構成されている点は、実施例１の導光手段１２０と同じである。
【００９１】
実施例３にあっては、第１偏向手段及び第２偏向手段は導光板３２１の表面（具体的には、導光板３２１の第２面３２３）に配設されている。そして、第１偏向手段は、導光板３２１に入射された光を回折し、第２偏向手段は、導光板３２１の内部を全反射により伝播した光を、複数回に亙り、回折する。ここで、第１偏向手段及び第２偏向手段は、回折格子素子、具体的には反射型回折格子素子、より具体的には反射型体積ホログラム回折格子から成る。以下の説明において、反射型体積ホログラム回折格子から成る第１偏向手段を、便宜上、『第１回折格子部材３３０』と呼び、反射型体積ホログラム回折格子から成る第２偏向手段を、便宜上、『第２回折格子部材３４０』と呼ぶ。
【００９２】
そして、実施例３、あるいは、後述する実施例４、実施例６にあっては、第１回折格子部材３３０及び第２回折格子部材３４０を、異なるＰ種類（具体的には、Ｐ＝３であり、赤色、緑色、青色の３種類）の波長帯域（あるいは、波長）を有するＰ種類の光の回折反射に対応させるために、反射型体積ホログラム回折格子から成るＰ層の回折格子層が積層されて成る構成としている。尚、フォトポリマー材料から成る各回折格子層には、１種類の波長帯域（あるいは、波長）に対応する干渉縞が形成されており、従来の方法で作製されている。より具体的には、赤色の光を回折反射する回折格子層と、緑色の光を回折反射する回折格子層と、青色の光を回折反射する回折格子層とが積層された構造を、第１回折格子部材３３０及び第２回折格子部材３４０は有する。回折格子層（回折光学素子）に形成された干渉縞のピッチは一定であり、干渉縞は直線状であり、Ｚ軸方向に平行である。尚、第１回折格子部材３３０及び第２回折格子部材３４０の軸線方向をＹ軸方向、法線方向をＸ軸方向とする。図１２の（Ａ）及び図１３においては、第１回折格子部材３３０及び第２回折格子部材３４０を１層で示した。このような構成を採用することで、各波長帯域（あるいは、波長）を有する光が第１回折格子部材３３０及び第２回折格子部材３４０において回折反射されるときの回折効率の増加、回折受容角の増加、回折角の最適化を図ることができる。
【００９３】
図１２の（Ｂ）に反射型体積ホログラム回折格子の拡大した模式的な一部断面図を示す。反射型体積ホログラム回折格子には、傾斜角φを有する干渉縞が形成されている。ここで、傾斜角φとは、反射型体積ホログラム回折格子の表面と干渉縞の成す角度を指す。干渉縞は、反射型体積ホログラム回折格子の内部から表面に亙り、形成されている。干渉縞は、ブラッグ条件を満たしている。ここで、ブラッグ条件とは、以下の式（Ａ）を満足する条件を指す。式（Ａ）中、ｍは正の整数、λは波長、ｄは格子面のピッチ（干渉縞を含む仮想平面の法線方向の間隔）、Θは干渉縞へ入射する角度の余角を意味する。また、入射角ψにて回折格子部材に光が侵入した場合の、Θ、傾斜角φ、入射角ψの関係は、式（Ｂ）のとおりである。
【００９４】
ｍ・λ＝２・ｄ・ｓｉｎ（Θ）    （Ａ）
Θ＝９０°−（φ＋ψ）          （Ｂ）
【００９５】
第１回折格子部材３３０は、上述したとおり、導光板３２１の第２面３２３に配設（接着）されており、第１面３２２から導光板３２１に入射されたこの平行光が導光板３２１の内部で全反射されるように、導光板３２１に入射されたこの平行光を回折反射する。更には、第２回折格子部材３４０は、上述したとおり、導光板３２１の第２面３２３に配設（接着）されており、導光板３２１の内部を全反射により伝播したこの平行光を、複数回、回折反射し、導光板３２１から平行光のまま第１面３２２から出射する。
【００９６】
そして、導光板３２１にあっても、赤色、緑色及び青色の３色の平行光が内部を全反射により伝播した後、出射される。このとき、導光板３２１が薄く導光板３２１の内部を進行する光路が長いため、各画角によって第２回折格子部材３４０に至るまでの全反射回数は異なっている。より詳細に述べれば、導光板３２１に入射する平行光のうち、第２回折格子部材３４０に近づく方向の角度をもって入射する平行光の反射回数は、第２回折格子部材３４０から離れる方向の角度をもって導光板３２１に入射する平行光の反射回数よりも少ない。これは、第１回折格子部材３３０において回折反射される平行光であって、第２回折格子部材３４０に近づく方向の角度をもって導光板３２１に入射する平行光の方が、これと逆方向の角度をもって導光板３２１に入射する平行光よりも、導光板３２１の内部を伝播していく光が導光板３２１の内面と衝突するときの導光板３２１の法線と成す角度が小さくなるからである。また、第２回折格子部材３４０の内部に形成された干渉縞の形状と、第１回折格子部材３３０の内部に形成された干渉縞の形状とは、導光板３２１の軸線に垂直な仮想面に対して対称な関係にある。
【００９７】
後述する実施例４、実施例６における導光板３２１も、基本的には、以上に説明した導光板３２１の構成、構造と同じ構成、構造を有する。
【００９８】
実施例３の頭部装着型ディスプレイは、上述したとおり、導光手段３２０が異なる点を除き、実質的に、実施例１の頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
【実施例４】
【００９９】
実施例４は、実施例３の変形である。実施例４の頭部装着型ディスプレイにおける画像表示装置の概念図を図１３に示す。実施例４の画像表示装置４００における光源２５１、コリメート光学系２５２、走査手段２５３、リレー光学系２５４等は、実施例２と同じ構成、構造を有する。また、実施例４における導光手段３２０は、実施例３における導光手段３２０と同じ構成、構造を有する。実施例４の頭部装着型ディスプレイは、以上の相違点を除き、実質的に、実施例１の頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
【実施例５】
【０１００】
実施例５も、実施例１の変形である。実施例５の頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図１４に示し、実施例５の頭部装着型ディスプレイ（但し、フレームを除去したと想定したときの状態）を正面から眺めた模式図を図１５に示す。また、実施例５の頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図１６に示す。
【０１０１】
実施例５にあっては、導光手段は、画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂよりも観察者４０の顔の中心側に配置され、画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂから出射された光が入射され、観察者４０の瞳４１に向かって出射される半透過ミラー５２０から構成されている。尚、実施例５にあっては、画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂから出射された光は、ガラス板やプラスチック板等の透明な部材５２１の内部を伝播して半透過ミラー５２０に入射する構造としているが、空気中を伝播して半透過ミラー５２０に入射する構造としてもよい。また、画像生成装置は、実施例２において説明した画像生成装置２１０とすることもできる。
【０１０２】
各画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂは、結合部材２０の両端部分に、例えば、ビスを用いて取り付けられている。また、部材５２１が各画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂに取り付けられ、半透過ミラー５２０が部材５２１に取り付けられている。実施例５の頭部装着型ディスプレイは、以上の相違点を除き、実質的に、実施例１の頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
【実施例６】
【０１０３】
実施例６も、実施例１の変形である。実施例６の頭部装着型ディスプレイを正面から眺めた模式図を図１７に示し、実施例６の頭部装着型ディスプレイ（但し、フレームを除去したと想定したときの状態）を正面から眺めた模式図を図１８に示す。また、実施例６の頭部装着型ディスプレイを上方から眺めた模式図を図１９に示す。
【０１０４】
実施例６の頭部装着型ディスプレイにあっては、棒状の結合部材２１が、実施例１と異なり、２つの画像生成装置１１０Ａ，１１０Ｂを結合する代わりに、２つの導光手段１２０を結合している。尚、２つの導光手段１２０を一体的に作製し、係る一体的に作製された導光手段１２０に結合部材２１が取り付けられている形態とすることもできる。
【０１０５】
ここで、実施例６の頭部装着型ディスプレイにあっても、結合部材２１は、観察者４０の２つの瞳４１の間に位置するフレーム１０の中央部分１０Ｃに、例えば、ビスを用いて取り付けられており、各画像生成装置１１０は、観察者４０の瞳４１よりも外側に位置している。尚、各画像生成装置１１０は、導光手段１２０の端部に取り付けられている。結合部材２１の中心２１Cからフレーム１０の一端部までの距離をβ、フレーム１０の長さをＬとしたとき、β＝０．５×Ｌを満足している。尚、実施例６においても、α’の値、γ’の値は、実施例１のαの値、γの値と同じ値である。
【０１０６】
実施例６にあっては、フレーム１０、各画像表示装置１００、画像生成装置１１０、導光手段１２０は、実施例１において説明したフレーム１０、画像表示装置１００、画像生成装置１１０、導光手段１２０と同じ構成、構造を有する。それ故、これらの詳細な説明は省略する。また、実施例６の頭部装着型ディスプレイも、以上の相違点を除き、実質的に、実施例１の頭部装着型ディスプレイと同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。
【０１０７】
また、実施例６における棒状の結合部材２１が２つの導光手段１２０を結合している構成、構造を、実施例２〜実施例５において説明した頭部装着型ディスプレイに適用することができる。
【０１０８】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した画像表示装置の構成、構造は例示であり、適宜変更することができる。実施例にあっては、専ら、画像表示装置を２つ備えた両眼型としたが、画像表示装置を１つ備えた片眼型としてもよい。
【０１０９】
画像表示装置にあっては、例えば、導光板に表面レリーフ型ホログラム（米国特許第２００４００６２５０５Ａ１参照）を配置してもよい。実施例３あるいは実施例４、実施例６の導光手段３２０にあっては、回折格子素子を透過型回折格子素子から構成することもできるし、あるいは又、第１偏向手段及び第２偏向手段の内のいずれか一方を反射型回折格子素子から構成し、他方を透過型回折格子素子から構成する形態とすることもできる。あるいは又、回折格子素子を、反射型ブレーズド回折格子素子とすることもできる。
【０１１０】
実施例１、実施例３、実施例５あるいは実施例６での使用に適した画像形成装置の変形例として、例えば、図２０に概念図を示すような、半導体発光素子から成る発光素子６０１が２次元マトリクス状に配列された発光パネルから成り、発光素子６０１のそれぞれの発光／非発光状態を制御することで、発光素子６０１の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示する、アクティブマトリックスタイプの画像形成装置とすることもできる。この画像形成装置から出射された光は、コリメート光学系１１２を介して導光板１２１，３２１に入射される。
【０１１１】
あるいは又、図２１に概念図を示すように、
（α）赤色を発光する赤色発光素子６０１Ｒが２次元マトリクス状に配列された赤色発光パネル６１１Ｒ、
（β）緑色を発光する緑色発光素子６０１Ｇが２次元マトリクス状に配列された緑色発光パネル６１１Ｇ、及び、
（γ）青色を発光する青色発光素子６０１Ｂが２次元マトリクス状に配列された青色発光パネル６１１Ｂ、並びに、
（δ）赤色発光パネル６１１Ｒ、緑色発光パネル６１１Ｇ及び青色発光パネル６１１Ｂから出射された光を１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズム６０３）、
を備えており、
赤色発光素子６０１Ｒ、緑色発光素子６０１Ｇ及び青色発光素子６０１Ｂのそれぞれの発光／非発光状態を制御するカラー表示の画像形成装置とすることもできる。この画像形成装置から出射された光も、コリメート光学系１１２を介して導光板１２１，３２１に入射される。尚、参照番号６１２は、発光素子から出射された光を集光するためのマイクロレンズである。
【０１１２】
あるいは又、発光素子６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂが２次元マトリクス状に配列された発光パネル６１１Ｒ，６１１Ｇ，６１１Ｂ等から成る画像形成装置の概念図を図２２に示すが、発光パネル６１１Ｒ，６１１Ｇ，６１１Ｂから出射された光は、光通過制御装置６０４Ｒ，６０４Ｇ，６０４Ｂによって通過／非通過が制御され、ダイクロイック・プリズム６０３に入射し、これらの光の光路は１本の光路に纏められ、コリメート光学系１１２を介して導光板１２１，３２１に入射される。
【０１１３】
あるいは又、発光素子６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂが２次元マトリクス状に配列された発光パネル６１１Ｒ，６１１Ｇ，６１１Ｂ等から成る画像形成装置の概念図を図２３に示すが、発光パネル６１１Ｒ，６１１Ｇ，６１１Ｂから出射された光は、ダイクロイック・プリズム６０３に入射し、これらの光の光路は１本の光路に纏められ、ダイクロイック・プリズム６０３から出射したこれらの光は光通過制御装置６０４によって通過／非通過が制御され、コリメート光学系１１２を介して導光板１２１，３２１に入射される。
【０１１４】
あるいは又、図２４に示すように、赤色を発光する発光素子６０１Ｒ、及び、赤色を発光する発光素子６０１Ｒから出射された出射光の通過／非通過を制御するための一種のライト・バルブである光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６０４Ｒ）、緑色を発光する発光素子６０１Ｇ、及び、緑色を発光する発光素子６０１Ｇから出射された出射光の通過／非通過を制御するための一種のライト・バルブである光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６０４Ｇ）、青色を発光する発光素子６０１Ｂ、及び、青色を発光する発光素子６０１Ｂから出射された出射光の通過／非通過を制御するための一種のライト・バルブである光通過制御装置（例えば、液晶表示装置６０４Ｂ）、並びに、これらのＧａＮ系半導体から成る発光素子６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂから出射された光を案内する光案内部材６０２、及び、１本の光路に纏めるための手段（例えば、ダイクロイック・プリズム６０３）を備えた画像形成装置とすることもできる。
【符号の説明】
【０１１５】
１０・・・フレーム、１０Ａ・・・フレームの一端部、１０Ｂ・・・フロント部、１０Ｃ・・・フレームの中央部分、１１・・・蝶番、１２・・・テンプル部、１３・・・モダン部、１４・・・ノーズパッド、１５・・・配線（信号線や電源線等）、１６・・・ヘッドホン部、１７・・・ヘッドホン部用配線、１８・・・撮像装置、２０，２１・・・結合部材、３０・・・補正手段、３１・・・ＣＰＵ、３２・・・補正プログラム記憶手段（記憶装置、メモリ）、３３・・・補正データ記憶手段（記憶装置、メモリ）、３４・・・記憶装置、３５・・・入力画像切替えスイッチ、３６・・・入力画像メモリ、３７・・・ＶＲＡＭ、３８・・・操作パネル、４０・・・観察者、４１・・・瞳、１００，２００，３００，４００・・・画像表示装置、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，２１０・・・画像生成装置、１１１・・・画像形成装置、１１２・・・コリメート光学系、１１３，２１３・・・筐体、１２０，３２０・・・導光手段、１２１，３２１・・・導光板、１２２，３２２・・・導光板の第１面、１２３，３２３・・・導光板の第２面、１２４，１２５・・・導光板の一部分、１３０・・・第１偏向手段、１４０・・・第２偏向手段、３３０・・・第１偏向手段（第１回折格子部材）、３４０・・・第２偏向手段（第２回折格子部材）、１５０・・・反射型空間光変調装置、１５１・・・液晶表示装置（ＬＣＤ）、１５２・・・偏光ビームスプリッター、１５３・・・光源、２５１・・・光源、２５２・・・コリメート光学系、２５３・・・走査手段、２５４・・・リレー光学系、２５５・・・クロスプリズム、２５６・・・全反射ミラー、５２０・・・半透過ミラー、５２１・・・部材、６０１，６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂ・・・発光素子、６０２・・・光案内部材、６０３・・・ダイクロイック・プリズム、６０４，６０４Ｒ，６０４Ｇ，６０４Ｂ・・・光通過制御装置、６１１Ｒ，６１１Ｇ，６１１Ｂ・・・発光パネル、６１２・・・マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図７】
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